이차전지 한번에 이해하기

이차전지 기술도 모르면서 이차전지 주식을 산다고요? 당연히 말도 안됩니다. 이런 분들을 위해서 이차전지가 무엇인지,이게 왜 이슈인지, 핫한지 정리해드리겠습니다. 용어 정리 미리드립니다. 전지=배터리 같은말입니다.

이차전지, 배터리분류(전지 분류)

배터리는 크게 화학전지와 물리전지로 나눠집니다.

물리전지

→ 태양전지, 방사선 전지 등과 같이 물리적인 에너지를 전기에너지로 전환하는 전지

화학전지

→ 화학물질을 기반으로 전기화학적 산화 및 환원 반응에 의해 전기를 생산하는 배터리 화학전지는 아래 3가지로 분류됩니다.

	특징	종류	세부분류
일차전지	1회 사용, 충전불가능	리튬계	망간건전지, 리튬일차전지, 산화은전지 등
		알칼리계
이차전지	반복충전가능	산성계	리튬이차전지, 니켈수소전지, 니켈카드뮴전지 등
		알칼리계
		리튬계
연료전지	연료에너지를 전기로 변환	메탄올형, 고체고분자 전해질형 등

우리가 아는 이차전지는 화학전지 중 하나의 종류입니다. 이차전지는 다시 용도에따라 소형, 중형, 대형으로 나눠집니다.

소형이차전지	IT 디바이스, 소형 모바일 기기, 노트북, 카메라 등에 탑재되는 전지
중형이차전지	전기자전거나 소형 전기자동차에 탑재되는 전지
대형이차전지	전기차, ESS(전력변환기, 저장기) 등에 사용되는 전지

여기까지가 배터리 분류와 이차전지를 사용 용도에 따라 분류하였습니다. 하나 더 보여드리자면 이차전지를 만들기위해서는 다양한 요소들이 들어가는데, 4대 핵심 요소가 있습니다. 양극재, 음극재, 분리막, 전해질 입니다.

쉽게말해 이차전지 = 양극재 + 음극재 + 분리막 + 전해질 의 공식이 성립합니다. 이렇게 여러분들은 배터리 분류 체계부터 이차전지가 어떤구성으로 이뤄졌는지 알 수 있습니다.

이차전지가 핫한 이유?

이차전지가 요즘들어서 핫한이유를 설명드리겠습니다. 그 이유는 바로 ‘전기차’ 때문입니다. 현재 국내 전기차는 현대 코나EV, 현대 아이오니오EV, 쉐보레 볼트EV 등이 있으며 해외에는 테슬라 EV가있습니다. 문제는 전기차 타보셨나요? 저는 SOCAR를 통해 전기차를 타보았습니다. 굉장히 불만이 많았어요. 근본적인 원인은 두가지입니다.

1. 국내는 전기차 충전인프라가 너무 적습니다.

2. 현재 상용화된 전기차는 1회 완충시 평균 300Km 미만 수준바께 주행할 수 없습니다.

일반적인 가솔린 승용차가 가득넣었을때 약 400Km~500Km를 주행할 수 있습니다. 가솔린은 주유를할때 주입구를 넣고 충전까지 약 5분이소요되지만 전기차는 고속충전시 1시간 미만, 저속충전시 몇시간이 걸릴지 모릅니다. 더군다나 인프라도 없기때문에 바로가서 충전할 수 있다는 장담을 할 수 없죠.

전기차의 주행거리를 늘릴려면 배터리의 용량이 증가되야하는데, 전기차안에 탑재되는 배터리가 리튬계 이차전지입니다. 전 세계적으로 저탄소 정책과 환경보호를 위해 전기차를 적극적으로 개발하자는 추세입니다. 그렇기 때문에 전기차의 주행성능과 거리를 향상시키기위해서는 가장 핵심기술은 이차전지입니다. 그렇기 때문에 이차전지가 핫합니다.

그러나 현재 세계적으로 전기차에 탑재되는 이차전지는 용량이 적기때문에 늘리기위한 연구가 있습니다. 바로 양극재와 음극재의 용량을 늘려서 전기차의 주행거리를 늘리는 연구를하고있지만, 배터리는 위험한녀석입니다. 특히 화학기반 배터리는 엄청위험합니다.

이녀석이 폭발하게되면 소화기나 물로 끌 수 없습니다. 왜냐하면 화학물질이 연소되는 개념이라 전부다 연소되기전까지 연쇄적으로 계속 불이납니다. 그냥 불이 나는게아니라 폭발하면서 납니다. 그렇기 때문에 목숨걸고 타야한다는 소리도 있어 아직까진 부정적입니다.

이차전지 4대소재 양극재, 음극재, 분리막, 전해질

4대소재 역할이 궁금하실까봐 정말 간단하게 정리해드릴게요. 건전지 보면 +극과 – 극이있습니다. 양극재와 음극재는 이런 극을 만드는 역할을 하며, 이를 중간에 분리시키는게 분리막입니다. 전해질은 이 + 극과 -극 (양극, 음극)이 이동할 수 있게 도와주는 역할을 합니다. 더 자세한 내용을 다루진 않겠습니다.

이차전지 국내현황

이차전지는 현재 국내에서 SK이노베이션, LG화학, 삼성 SDI가 생산중에있습니다. 문제는 이차전지를 만들기위한 재료입니다.

이차전지는 아까 제가 위에서 양극재, 음극재, 분리막, 전해질 4가지가 들어간다하였는데, 문제는 이 4대 소재가 국내에서 생산하기 힘든 소재들이여서 일본이나 중국에서 수입해 사용하고 있는 실정입니다. 일본은 해외에서 원자재를 수입하지만 기술력이 강력하기때문에 사용하는 이유가있으며 중국은 원자재가 직접 수급할 수 있어 저가 공세가 가능합니다.

이러한 상황에서 일본제품을 주로 사용했던 국내 3사 배터리제조사는 한-일 무역전쟁으로인해 2018년~2019년 배터리 소재 수급난이 있었고 2019년 말부터는 국산화를 시도하고자하는 움직임에 다양한 중소기업, 중견기업들이 등장하고있습니다.

양극재

양극재는 포스코케미칼, 엘앤에프, 에코프로비엠 코스모신소재가 있습니다. 현재 코스모신소재는 공장을 짓고있으며 22년부터 생산가능할 것으로 보고 있습니다. 엘앤에프는 1,700억원의 양극재 사업을 수주하였으며 포스코케미칼은 양극재 광양공장을 통해 연 3만톤 확대중이며 총7만톤 생산 예정입니다.

음극재

대주전자재료가 효자노릇을 하고있습니다. 음극재는 거의 해외 수입이 대부분이였지만 2019년 말부터 음극재 생산을 통해 LG화학에 납품중이며 한솔케미칼은 삼성 SDI와 공동개발중이며 개발이 끝나면 삼성 SDI는 한솔케미칼에 생산 라이센스를 주고 사가는 형태로 진행할 예정이며 약 2023년 예정입니다.

분리막과 전해질

분리막 : SK 이노베이션, 더블유스코프

전해질 : 파낙스이텍, 엔켐

이차전지 세계 패권 전쟁

이차전지 시장은 2019년까지만해도 원료 수급으로 국내에서는 시장 성장이 주춤하다가 2020년 말부터는 세계 전체에 수출하고있습니다. 테슬라의 경우도 LG화학이랑 삼성 SDI의 제품을 검토중이며 SK 이노베이션 2차전지는 유럽에서 고려중입니다. 현재 이차전지는 한국, 중국, 일본에서 약 60%의 물량이 생산중입니다.

아시아는 2020년 46,490백만 달러 규모에서 2024년 77,580백만 달러 규모로 성장할 것 으로 리서치사 Technavio가 밝혔습니다. 연평균 13.0%성장으로 가장 크게 성장하는 시장입니다. 일본에는 미쓰비쉬, 히타치, TORAY를 중심으로 중국에는 BTR, 샨샨(Shansahn)을 중심으로 시장이 참여중입니다. 대한민국은 2020년 말 국내 3사(SK이노베이션, LG화학, 삼성 SDI)가 전 세계의 물량 중 20%중반대를 소화하고있으며 향후에는 30%를 넘어설 것으로 보고있습니다.

문제는 원료수급과 소재 수급입니다. 국내는 소재를 만들 원료수급을 모두다 해외에 의존하고 있어 중국과 가격경쟁이 되질않습니다. 배터리 완제품은 세계와 경쟁이 가능하지만, 소재만 따지면 일본과 기술경쟁은 약 1.5년~3년 차이납니다. 그렇기때문에 대주전자재료, 한솔케미칼, 엘앤에프, 에코프로비엠의 역할이 가장 중요합니다.